杂原子掺杂三维多孔石墨烯的制备及其电催化性能研究

发布时间：2020-12-05 23:43

　　燃料电池作为一种将化学能直接转化为电能的装置,因其无污染排放和高能量转换率的优点被全球广泛关注。而在燃料电池的所有组件中,人们将目光更多地集中在阴极催化剂,这是因为发生在阴极的氧还原反应（oxygen reduction reaction,ORR）对燃料电池效率的提高有着深远的影响。目前,Pt和Pt基材料被认为是一种高效的ORR催化剂,但是高昂的成本、稀缺的储量、差的抗甲醇毒化和稳定性使其无法满足大规模商业化的要求。因此,开发一种低成本、高活性、高抗甲醇毒性和稳定性的非Pt催化剂来代替现有的Pt和Pt基催化剂迫在眉睫。最近的研究表明,将杂原子（N,F,P等）引入碳材料中可以破坏原子电荷密度和自旋密度,从而调整电子排列并提高材料的ORR性能。基于此,本文制备了不同杂原子掺杂的三维石墨烯,并探索了微观结构对其ORR性能的影响,具体研究过程及结论如下:（1）用改进Hummers法制备的氧化石墨烯（graphene oxide,GO）作为石墨烯的前驱体,尿素作为氮源,抗坏血酸作为还原剂和交联剂,以热还原法制备出混合还原氧化石墨烯（reduced graphene oxide,rGO）水凝胶,再... 

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 燃料电池概述
        1.2.1 燃料电池的定义与发展
        1.2.2 燃料电池的工作原理
        1.2.3 燃料电池的分类
        1.2.4 燃料电池的发展困境
    1.3 ORR催化剂的研究进展
        1.3.1 杂原子掺杂碳材料及ORR机理概述
        1.3.2 氮掺杂碳材料
        1.3.3 氮氟共掺杂碳材料
        1.3.4 氮磷共掺杂碳材料
    1.4 评估ORR性能的重要参数
        1.4.1 循环伏安曲线
        1.4.2 线性扫描伏安曲线
        1.4.3 Koutechky-Levich方程和电子转移数
        1.4.4 抗甲醇性能和稳定性
    1.5 本论文的研究目的及意义
第二章 氮掺杂三维多孔石墨烯的制备及其电催化性能
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验原料与设备
        2.2.2 氧化石墨烯的制备
        2.2.3 氮掺杂三维还原氧化石墨烯的制备
        2.2.4 物理性能表征
        2.2.5 电催化性能表征
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 催化剂的合成机理
        2.3.2 结构与形貌分析
        2.3.3 ORR性能表征
    2.4 本章小结
第三章 氮氟共掺杂三维多孔石墨烯的制备及其电催化性能
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验原料与设备
        3.2.2 氧化石墨烯的制备
        3.2.3 氮氟共掺杂三维还原氧化石墨烯的制备
        3.2.4 物理性能表征
        3.2.5 电催化性能表征
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 结构与形貌分析
        3.3.2 ORR性能分析
    3.4 本章小结
第四章 氮磷共掺杂三维还原氧化石墨烯的制备及其电催化性能
    4.1 引言
        4.1.1 实验原料与设备
        4.1.2 氧化石墨烯的制备
        4.1.3 氮磷掺杂三维还原氧化石墨烯的制备
        4.1.4 物理性能表征
        4.1.5 电催化性能表征
    4.2 结果与讨论
        4.2.1 催化剂的合成机理
        4.2.2 结构与形貌分析
        4.2.3 ORR性能分析
    4.3 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间发表论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]三维多孔结构Pt-Ag气凝胶的制备及电催化氧还原反应性能[J]. 黄骥培,李毅,杨申辉,周亚洲,程晓农,朱佳,杨娟.  高等学校化学学报. 2018(05)



本文编号：2900302